Bläckfiskinspirerat material styr överföringen av ljus, värme och mikrovågor – Physics World

Inspirerad av bläckfiskens färgskiftande hud har forskare i Kina designat ett material som kan växla mellan att vara genomskinligt och ogenomskinligt för strålning vid synliga, infraröda och mikrovågsvåglängder. Ledd av Zichuan Xu vid Nanyang Technological University uppnådde teamet resultatet genom att spraya en silver nanotrådfilm på ett specialiserat dubbelskikt av elastomer.

Bläckfisk är välkända för sin enastående förmåga att ändra färger och mönster på huden. I naturen gör de detta för att kommunicera med varandra och för att kamouflera sig från rovdjur och byten.

Hos vissa bläckfiskarter kontrolleras dessa förändringar av specialiserade muskler som expanderar och drar ihop huden – vilket lämnar vissa delar sträckta och spända, och andra hoptryckta och skrynkliga. Detta förändrar arrangemanget av specialiserade celler som reflekterar och sprider ljus, och resultatet är en förändring i hudens övergripande färg.

I sin studie försökte Xus team att efterlikna detta beteende i labbet genom att använda ett "dubbelskiktigt akryl dielektrisk elastomer"-material. När det sträcks platt är materialet i allmänhet genomskinligt för synligt och infrarött ljus - men när det komprimeras uppstår rynkor som varierar brytningsindexen för varje dubbelskikt.

Mekanisk omkoppling

Som ett resultat av rynkorna reflekteras och sprids inkommande synliga och infraröda vågor från elastomeren, istället för att passera igenom. Materialet kan med andra ord växlas mekaniskt mellan att överföra och blockera synligt ljus och strålningsvärme. Men den första inkarnationen av materialet var inte bra på att blockera och sända mikrovågor eftersom mikrovågsvåglängder är mycket längre än infrarött ljus, så mikrovågor påverkas inte av de små rynkorna i materialet.

För att skapa ett material som också fungerar för mikrovågor, sprayade Xus team elastomeren med en tunn beläggning av silver nanotrådar. När de sträckte ut materialet till den punkt där det började spricka såg de att mikrovågor fortfarande kunde passera rakt igenom. Men eftersom materialet komprimerades och skrynklades med en töjning på -30 %, vilket komprimerade nanotrådsnätverket, spreds inkommande mikrovågor och reflekterades på ett liknande sätt som de synliga och infraröda vågorna, som blockerades av elastomerbiskiktet under.

Efterliknar bläckfiskhud för att förbättra termoreglerande filtar

Materialets förmåga att mekaniskt växla mellan transparens och opacitet spänner över ett brett spektralfönster: täcker hela det synliga spektrumet, infraröda våglängder på upp till 15.5 mikron och mikrovågsvåglängder mellan 24.2–36.6 mm. Dess struktur var också anmärkningsvärt motståndskraftig: klarade 500 cykler av stretching och kompression, samtidigt som den svarade på dessa mekaniska förändringar på under 1 s.

Materialet ansluter sig nu till en växande lista med teknologier inspirerade av naturen. Xus team föreställer sig många möjliga tillämpningar inom en snar framtid, inklusive innovationer inom stealth- och kamouflageteknik. Materialet skulle också kunna användas i nya typer av smarta fönster som kan styra både ljus och värme som passerar genom dem – och därigenom förbättra energieffektiviteten i byggnader.

Elasten kan också ha många användningsområden i medicinsk utrustning såsom elektrokardiografer, som använder elektroder placerade på huden för att övervaka patienternas hjärtaktivitet. Med den nanotrådsbelagda dubbelskiktselastomeren kunde en patients elektrokardiografsignaler blockeras för dagligt bruk, vilket förhindrar att känslig medicinsk information läcker ut, och sedan växlas till att vara transparent när deras signaler måste övervakas av en läkare.

Forskningen beskrivs i ACS Nano.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/squid-inspired-material-controls-the-transmission-of-light-heat-and-microwaves/